JP2013038864A - 並列インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】並列接続されたマスターインバータ2a及びスレーブインバータ2b,2cが、電動機1を駆動する電力変換部4a,4b,4cと制御装置5a,5b,5cとを備える。制御装置5aは、速度制御部12と、電流制御部14と、電圧指令に従って電力変換部4aを制御するためのゲート駆動信号生成部8aと、を備える。制御装置5b,5cは、前記電流制御部14により演算された電圧指令Vurに従って電力変換部4b,4cを制御するためのゲート駆動信号生成部8b,8cを備える。制御装置5aは、何れかのインバータの電力変換部の故障時に、残りの電力変換部の電流容量に応じて、速度制御部12により電流指令Itrを減少させるように再設定する。
【選択図】図1
Description
電力変換器103a,103bの内部構成は同一であり、116a,116bは充電抵抗、117a,117b,118a,118b,125a,125bは主回路コンタクタ、119a,119b,126a,126bは電流検出器、120a,120bはコンバータ部、121a,121bは平滑コンデンサ、122a,122bは電圧検出器、123a,123bはインバータ部、124a,124bはコンバータ制御回路である。
インバータ制御回路115において、127は速度基準発生回路、128は速度制御演算回路、129は荷重信号加算回路、130はベクトル制御回路、131は電流制御演算回路、132は正弦波PWM制御回路である。この正弦波PWM制御回路132から出力される駆動信号(PWMパルス)によりインバータ部123a,123bの半導体スイッチング素子がオン・オフ制御されるようになっている。
しかし、例えば電力変換器103b内の電流検出器119bや126bによって過電流が検出されると、異常検出部150が動作して速度基準発生回路127に異常検出信号を送出する。これと同時に、異常検出部150がコンタクタ117b,118b,125bをオフし、異常が発生した電力変換器103bを主回路から切り離す。また、速度基準発生回路127では、通常運転時の速度パターンを非常運転時の速度パターンに切り替えて出力することにより、正常な電力変換器103a内のインバータ部123aを非常運転時の速度パターンに従って制御している。
また、本発明の他の目的は、複数台のインバータが個々に制御装置を備えることで、仮に1台のインバータが故障した場合でも他のインバータを継続的に運転してシステム全体の非常停止を回避するようにした並列インバータ装置を提供することにある。
すなわち、マスターインバータの制御装置は、電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段と、を備えている。
一方、スレーブインバータの制御装置は、マスターインバータ内の電流制御手段により演算された電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段を備えている。
そして、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータ及びスレーブインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度制御手段により電流指令を再設定する。この再設定の具体的内容としては、例えば、電流指令に制限値を設定することにより電流指令を減少させるものである。
また、マスターインバータの制御装置は、上述した電流指令の再設定に加えて、何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度指令における加減速時間を再設定しても良い。
更に、各インバータの制御装置は、すべてのインバータの出力電流の平均値と自己のインバータの出力電流との偏差に応じて電圧指令を補正する手段を備えることが望ましい。
そして、すべての制御装置は、電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、マスターインバータの電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段と、を備える。
また、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、マスターインバータの速度制御手段により電流指令を再設定するように構成される。この再設定の具体的内容は、第1の発明と同様に、電流指令に制限値を設定して電流指令を減少させるものである。
また、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度指令における加減速時間を再設定しても良い。
更に、マスターインバータの制御装置における各種の設定値を、適宜な通信手段を介してスレーブインバータの制御装置に送信し、この制御装置に設定しても良い。
また、各インバータが制御装置をそれぞれ備えるようにすれば、仮に1台のインバータが故障した場合でも他のインバータを継続的に運転してシステム全体の非常停止を回避することができる。
図1は、第1の発明に相当する第1実施形態を示すブロック図である。この第1実施形態は、マスターインバータとしてのインバータ2aとスレーブインバータとしてのインバータ2b,2cを全て並列に接続して交流電動機を駆動する場合のものである。
ここで、インバータ2a,2b,2cは通常、何れも三相インバータとして構成されており、後述する電力変換部4a,4b,4cも三相構成となっているが、説明を簡単にするため、図1では、一相(例えばU相)分の電力変換部4a,4b,4cを示してある。
制御装置5aは、インバータ2aをマスターインバータとして動作させるためのものであり、制御装置5b,5cは、インバータ2b,2cを何れもスレーブインバータとして動作させるためのものである。これらの制御装置5a,5b,5cは、マイコンや電子回路によって構成されている。
ここで、速度指令生成部9は、電動機1の速度パターン(加減速パターン)からなる速度指令ωrを生成する。回転速度検出部11は、回転位置検出部10により得た回転角情報から電動機速度ωmを演算する。速度制御部12は、電動機速度ωmが速度指令ωrに一致するように、電動機1に対する電流指令(電動機1の発生トルクに相当するトルク電流指令)Itrを生成する。電流検出部13は、電流検出器16a,16b,16cによりそれぞれ検出したインバータ2a,2b,2cの出力電流(電力変換部4a,4b,4cの出力電流)Iu1,Iu2,Iu3からその平均値Iuaを演算すると共に、平均値Iuaを座標変換してU相分の電動機電流(トルク電流)Itを演算する。電流制御部14は、電動機電流Itが電流指令Itrに一致するように、各電力変換部4a,4b,4cに対する電圧指令Vurを生成する。
電圧指令補償部15aは、出力電流平均値Iua及び自己の出力電流Iu1に基づいて電圧指令Vurを補正し、電圧指令Vur1を出力する。ゲート駆動信号生成部8aは、補正後の電圧指令Vur1に基づいてゲート駆動信号を生成し、このゲート駆動信号は、電力変換部4a内のゲート駆動回路6aに与えられる。
同様に、スレーブインバータであるインバータ2c内の制御装置5cは、出力電流平均値Iua及び自己の出力電流Iu3に基づいて電圧指令Vurを補正し、電圧指令Vur3を出力する電圧指令補償部15cと、補正後の電圧指令Vur3に基づいてゲート駆動信号を生成するゲート駆動信号生成部8cと、を備えている。
図2に示すように、速度制御部12は、速度指令ωrと電動機速度ωmとの偏差を求める比較器12Aと、上記偏差を入力として比例・積分演算し、電流指令Itrを出力するPI調節器12Bと、入力値が所定範囲を超えた場合に出力値としての電流指令(トルク電流指令)Itrを最大値または最小値に制限する制限器12Cと、から構成されている。
まず、電動機1の定格電流やインバータの定格容量等に応じて、並列に接続されるインバータの台数が決定され、通常運転時には、すべてのインバータ2a,2b,2cの出力電流Iu1,Iu2,Iu3の合計値が電動機1に供給される。このとき、開閉器3a,3b,3cはすべてオンされている。
スレーブインバータ(インバータ2b,2c)側の制御装置5b,5cにおいては、マスターインバータ(インバータ2a)内の電流制御部14からの電圧指令Vurが電圧指令補償部15a,15cにより補正され、電圧指令Vur2,Vur3としてゲート駆動信号生成部8b,8cに送出される。ゲート駆動信号生成部8b,8cによって生成されるゲート駆動信号は電力変換部4b,4cに与えられ、電力変換部4b,4cからはそれぞれ所定の電流Iu2,Iu3が出力される。
よって、電動機1には、電流Iu1,Iu2,Iu3の合計値が供給されることになる。
そこで、インバータ2aでは、上記の故障検出出力を用いて開閉器3aをオフすることにより、故障した電力変換部4aと電動機1との接続を切り離す。その際、インバータ2b,2cの電力変換部4b,4cの運転を継続するために、開閉器3b,3cはオン状態のままにしておく。
従って、図2に示した速度制御部12では、制限器12Cの制限値をスレーブインバータ側の電力変換部4b,4cの電流容量(定格電流)に応じて減少させ、結果的に電流指令Itrが大きくなり過ぎないように再設定する。そして、電流制御部14は、制限値を低減させた電流指令Itrに電動機電流Itが一致するように、電圧指令Vurを演算して出力する。
補正後の電圧指令Vur2,Vur3はゲート駆動信号生成部8b,8cにそれぞれ与えられ、電力変換部4b,4cに対するゲート駆動信号が生成されることになる。
なお、この第1実施形態において、例えばマスターインバータ内の電力変換部4aが故障した場合に、前述した電流指令Itrの制限動作に加えて、速度指令生成部9により生成される速度指令ωr(速度パターン)における加減速時間をスレーブインバータ内の電力変換部4b,4cの電流容量に応じて再設定しても良い。
また、並列に接続されるインバータの台数は、4台以上でも良いのは勿論であり、その場合も、何れか1台のインバータをマスターインバータとして、前記制御装置5aに相当する制御装置を備えることになる。
図3は、第2実施形態を示すブロック図であり、この第2実施形態も、開閉器3a,3b,3cを介して互いに並列に接続された3台のインバータ22a,22b,22cにより、交流電動機1を駆動するように構成されている。但し、この第2実施形態では、インバータ22a,22b,22cのうち任意の1台がマスターインバータとなり得るものであり、その場合、他の2台がスレーブインバータとなる。
図3において、図1と同じ構成要素には図1と同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では、図1との相違点を中心に説明する。
インバータ22a,22b,22c内の電力変換部4a,4b,4cは図1と同一の構成であり、これらの電力変換部4a,4b,4cは、図1と同様に一相(例えばU相)分を示してある。
制御装置25a,25b,25cは、マイコンや電子回路によって構成されており、各制御装置25a,25b,25cには、これらの相互間で各種設定値等の情報を送受信するための通信部19a,19b,19cがそれぞれ設けられている。
このとき、回転位置検出部10の出力信号は、インバータ22a側に接続された切替スイッチ18を介して、制御装置25a内の回転速度検出部11aに入力されている。また、電動機1の制御に必要な各種の設定値は、外部からマスターインバータ内の通信部19aを介して制御装置25aに送信され、この制御装置25aから、通信部19a,19b,19cを介してスレーブインバータ内の制御装置25b,25cにそれぞれ伝送される。
一方、電流検出部13aにより、出力電流Iu1,Iu2,Iu3に基づいて電動機電流Itが検出され、この電動機電流Itは、電流指令Itrと共に電流制御部14aに入力される。
上記の動作により、マスターインバータ内の電流制御部14aにより生成された電圧指令Vurに基づき、ゲート駆動信号生成部8a,8b,8cがゲート駆動信号をそれぞれ生成し、これらのゲート駆動信号に従って電力変換部4a,4b,4cの半導体スイッチング素子がオン・オフ制御される。
従って、図3の速度制御部12bでは、図2における制限器12Cの制限値を電力変換部4b,4cの電流容量(定格電流)に応じて低減させ、結果的に電流指令Itrが大きくなり過ぎないように制限する。そして、電流制御部14bは、制限値を低減させた電流指令Itrに電動機電流Itが一致するように、電圧指令Vurを演算して出力する。
これにより、以後は、マスターインバータとなったインバータ22b内の電流制御部14bからの電圧指令Vurに基づき、ゲート駆動信号生成部8b,8cがゲート駆動信号を生成し、これらのゲート駆動信号に従って電力変換部4b,4cが駆動されることになる。
また、通信部19a,19b,19cでは、上記した設定値等の送受信以外にも、例えば、電圧指令や検出電流等の情報の送受信を行うことが可能である。
2a,2b,2c,22a,22b,22c:インバータ
3a,3b,3c:開閉器
4a,4b,4c:電力変換部
5a,5b,5c,25a,25b,25c:制御装置
6a,6b,6c:ゲート駆動回路
7a,7b,7c:主回路
8a,8b,8c:ゲート駆動信号生成部
9,9a,9b,9c:速度指令生成部
10:回転位置検出部
11,11a,11b,11c:回転速度検出部
12,12a,12b,12c:速度制御部
12A:比較器
12B:PI調節器
12C:制限器
13,13a,13b,13c:電流検出部
14,14a,14b,14c:電流制御部
15a,15b,15c:電圧指令補償部
16a,16b,16c:電流検出器
17a,17b,17c:スイッチ
18:切替スイッチ
19a,19b,19c:通信部
Claims (10)
- 互いに並列に接続された複数台のインバータにより電動機を駆動する並列インバータ装置において、
複数台のインバータを、1台のマスターインバータと、その他のスレーブインバータとにより構成し、すべてのインバータは、前記電動機に交流電力を供給する電力変換部と、前記電力変換部の半導体スイッチング素子を制御する制御装置と、をそれぞれ備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
前記電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、
前記電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、
前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段と、を備え、
前記スレーブインバータの制御装置は、
前記電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段を備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度制御手段により前記電流指令を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項1に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度制御手段により前記電流指令を減少させることを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項2に記載した並列インバータ装置において、
前記速度制御手段は、前記速度指令と電動機速度との偏差が入力される調節器と、前記調節器から出力される前記電流指令を所定値に制限する制限器と、を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度指令における加減速時間を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載した並列インバータ装置において、
各インバータの前記制御装置は、すべてのインバータの出力電流の平均値と自己のインバータの出力電流との偏差に応じて前記電圧指令を補正する手段を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。 - 互いに並列に接続された複数台のインバータにより電動機を駆動する並列インバータ装置において、
複数台のインバータのうち任意の1台をマスターインバータ、その他をスレーブインバータとして選定すると共に、すべてのインバータは、前記電動機に交流電力を供給する電力変換部と、前記電力変換部の半導体スイッチング素子を制御する制御装置と、をそれぞれ備え、
前記制御装置は、
前記電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、
前記電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、
前記マスターインバータの前記電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段と、を備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記マスターインバータの前記速度制御手段により前記電流指令を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項6に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記マスターインバータの前記速度制御手段により前記電流指令を減少させることを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項7に記載した並列インバータ装置において、
前記速度制御手段は、前記速度指令と電動機速度との偏差が入力される調節器と、前記調節器から出力される前記電流指令を所定値に制限する制限器と、を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項6〜8の何れか1項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度指令における加減速時間を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項6〜9の何れか1項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置の設定値を、通信手段を介して前記スレーブインバータの制御装置に送信し、設定することを特徴とする並列インバータ装置。
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